混凝土结构设计 第2章材料力学性能.ppt

1、第二章 钢筋混凝土材料的力学性能,2.1 钢筋的形式和品种 1 钢筋的成分 （1）碳素钢：低碳钢（含C量少于0.25%）；高碳钢（含C量0.6%-1.4%）。 *钢筋含C量越高强度越高，但塑性和可焊性降低。 （2）普通低合金钢：在钢材中除C元素外加入Mn（锰）、Si（硅）、V（矾）、Nb（铌）、Ti（钛）、Cr（铬）等合金元素，既能使钢筋的强度提高，又能保持一定的塑性。,2 钢筋的品种和级别 （1）热轧钢筋：HPB235（Hot-rolled and Plain-shaped Bars）、 HRB335（Hot-rolled and Ribbed Bars）、HRB400。 *后面的数字表示钢

2、筋抗拉强度的标准值（Mpa）。,（2）冷拉钢筋：对某些热轧钢筋进行冷加工而成，钢筋的强度提高、但塑性降低（新修订的规范未将冷加工钢筋列入）。 （3）钢丝、钢绞线：高强钢丝（1570Mpa、1860Mpa），中强钢丝（800-1370Mpa），钢绞线（1570Mpa、1860Mpa，分为7股、3股等）。,（4）热处理钢筋：对某些热轧钢筋经过淬火和回火处理后而成，钢筋的强度大幅度提高，而塑性降低不多。 *RRB400（Remained heated treatment Ribbed Bars）为一种“余热处理钢筋”。,柔性钢筋和劲性钢筋(1) 柔性钢筋：由钢筋经绑扎或焊接成钢筋网及空间骨架，便于固

3、定在模板中浇注混凝土。(2) 劲性钢筋：由各种型钢或型钢与钢筋焊成骨架，施工时模板及混凝土的重量由钢筋本身承担。,2.2 钢筋的力学性能 1 钢筋的应力-应变关系 Stress-Strain Relation 有明显屈服点的钢筋（软钢）, a点-比例极限，应力和应变成比例，卸荷后应变恢复为零， a点-弹性极限，a-a段应变增长速度比应力增长速度略快，但卸荷后应变仍能恢复为零， b点-上屈服点（其值不够稳定）， c点-下屈服点（其值稳定），对有明显屈服点的钢筋，下屈服点的应力值称为钢筋的屈服强度或流限， c-f段-屈服台阶或流幅， f-d段-强化段，d点的应力称为极限抗拉强度， d-e段-颈缩段

4、，,（2）无明显屈服点的钢筋（硬钢）,a点：比例极限，约为0.65fu a点前：应力-应变关系为线弹性 a点后：应力-应变关系为非线性，有一定塑性变形，且没有明显的屈服点 强度设计指标条件屈服点 (Equivalent yield point) 残余应变为0.2%所对应的应力 规范取s0.2 =0.85 fu,2.3 钢筋的冷加工和热处理 钢筋的冷加工（冷拉、冷拔、冷轧、冷轧扭） （1）冷拉 *冷拉（所有冷加工钢筋）一般情况下不能焊接，如必须焊接，应先焊后拉,（2）冷拔,*冷拔可同提高钢筋的抗拉屈服强度和抗压屈服强度。,(3) 冷轧：冷轧带肋钢筋 (4) 冷轧扭：冷轧扭钢筋,2.钢筋的热处理

5、对某些特定钢号（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）的热轧钢筋进行淬火和回火处理，钢筋强度大幅度提高，并保留较好的塑性和韧性，成为较理想的预应力钢筋。,2.4 对钢筋质量的要求 1 强度 钢筋的屈服强度是设计依据，极限强度表示钢筋拉断时的实际强度。 2 塑性 （1）伸长率（伸长率越大，表示钢筋塑性或延性越好） 钢筋的断后伸长率： （2）冷弯性能,*对有明显屈服点的钢筋：检验屈服强度、极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能四项指标， *对没有明显屈服点的钢筋：只须检验极限抗拉强度、伸长率、冷弯性能三项指标。 可焊性 4 与混凝土的粘结锚固性能,2.6 混凝土的强度等级1.混凝土的组成 混凝土

6、是由水泥、砂（细骨料）、石（粗骨料）、水拌和而成，各组成材料的性能对混凝土的性能有较大影响。2.混凝土的强度等级(1) 标准试件：边长150mm的立方体混凝土试块；(2) 标准养护条件：20。C3。C、相对湿度不小于90%、养护28d；(3) 标准试验方法：试块表面不涂润滑剂、全截面均匀受压、加荷速度0.15-0.25N/mm2s。 混凝土强度等级按照用上述方法测得的具有95%保证率的抗压强度（单位：N/mm2）确定，用符号“C”表示。,2.7 混凝土的强度,2.7.1 立方体抗压强度 影响混凝土强度的因素： (1) 试验方法 *试件表面不涂润滑剂，在“套箍”作用，测得的强度值较高； *试件表

7、面涂润滑剂，测得的强度值较低；,*加荷速度：加荷速度快，测得的强度值较高；加荷速度慢， 测得的强度值较低。,(2) 试件的尺寸和形状 立方体试块尺寸（mm） 强度换算系数 200200200 1.05 150150150 1.00 100100100 0.95 *试件的形状（如圆柱体）对测得的强度值也有影响，也应乘以相应的换算系数。 (3) 养护条件和龄期,2.7.2 混凝土的轴心抗压强度（棱柱体强度） *当试件的高度h与截面边长b之比增大时，“套箍”作用减小，测得的强度值降低。 *h/b=2-4时，测得的抗压强度值比较稳定，规定150150300mm的试件作为试验混凝土轴心抗压强度的标准试件

8、。 试验结果： （试验研究应用） 规范取值： （工程设计应用）,2.7.3 混凝土的轴心抗拉强度 混凝土的抗拉强度远小于其抗压强度，一般为， - 1 测定混凝土抗拉强度的试验方法 （1）直接拉伸试验 （2）劈裂试验 2 抗拉强度表达式 *对常用的C40及以下的混凝土 =1.0，可分别表示为： （试验研究应用） （工程设计应用）,2.8 荷载作用下混凝土的变形性能 2.8.1 混凝土的应力-应变关系 1 混凝土在一次短期加荷下的应力-应变曲线： 2 影响混凝土应力-应变曲线的因素: （1）混凝土强度：混凝土强度越高，上升段愈接近直线，峰值应变略有增加（但仍在左右），下降段越陡；混凝土强度越低，下

9、降段越平缓。,（2）加荷速度：加荷速度增加，最大应力值增加，峰值应变减小，下降段陡峭。 （3）横向约束作用：横向约束增大，峰值应力、应变均增大，下降段减缓。,2.8.2 混凝土的弹性模量（Modulus of elasticity of concrete） 1.混凝土弹性模量的三种表示方法 原点弹性模量: 切线模量: 割线模量:,2 混凝土弹性模量的测定 在工程实践中所称的混凝土弹性模量是指“原点弹性模量”，通过试验得到。 3 混凝土的剪切模量,2.9 混凝土的徐变和收缩 1.混凝土的徐变（Creep of Concrete） （1）徐变：混凝土在荷载长期作用下随时间而增长的变形。 （2）影响

10、混凝土徐变的因素 内在因素： 环境因素： 应力条件： （3）混凝土产生徐变的原因 尚未转化为结晶体的水泥凝胶体粘性流动的结果； 混凝土内部的微裂缝在荷载长期作用下持续延伸和扩展的结果。 （4）徐变对钢筋混凝土结构的影响,2.混凝土的膨胀和收缩 膨胀：混凝土在水中结硬体积增大的现象； 收缩：混凝土在空气中结硬体积减小的现象。 *通常情况下，混凝土的膨胀值很小、且不会对结构造成不利影响，因而研究不多； （1）混凝土收缩的特点 早期较快、以后逐渐减缓，最后趋于稳定（2年左右）。 （2）影响混凝土收缩的因素 混凝土的配合比：水泥用量多、水灰比大、骨料粒径小、弹性模量小，收缩大。 养护及使用环境：温湿度大，收缩小,2.10 钢筋与混凝土间的粘结,1.粘结的作用和性质 钢筋与混凝土间的粘结是保证钢筋和混凝土共同工作的基础，粘结应力是钢筋和混凝土接触面